Précis comme une horloge

L’expérience CMS au CERN mesure un paramètre-clé du Modèle standard

Un résultat pour lequel le LLR, avec Andrew Gilbert (chercheur au LLR et responsable du « Standard Model Physics Analysis Group »de la collaboration CMS), a joué un rôle majeur.

Dans les années 1980, le tunnel du CERN, qui héberge actuellement le grand collisionneur de hadrons (LHC), a été construit pour accueillir le collisionneur électron-positon (LEP), qui testait le modèle standard de la physique des particules (MS) avec des mesures de haute précision des propriétés de Z. bosons. Grâce à ces mesures, collectivement connues sous le nom d’observables électrofaibles de précision (EWPO), le LEP a établi sa contribution ultime à la physique des particules, constituant ainsi la pierre angulaire de la vérification expérimentale du MS.

Tirant parti des très grands échantillons de données et des efforts déployés pendant une décennie pour comprendre le fonctionnement du détecteur jusque dans ses moindres détails, les collaborateurs de CMS ont réussi à améliorer la précision du LEP sur certains EWPO. Le dernier résultat, qui vient d’être publié, est une détermination de haute précision de l’angle de mélange électrofaible, θ_W, qui détermine la force relative des forces faibles et électromagnétiques, et comment elles émergent du « mécanisme de Higgs » qui donne des masses aux particules fondamentales. À l’instar de ce qui a été fait précédemment au LEP, cette mesure repose sur des événements au cours desquels un boson Z est produit puis se désintègre en une paire de leptons (soit des électrons, soit des muons). 

Le résultat final, représenté sous la forme de l’observable sin²θ_eff  (l’angle de mélange électrofaible « effectif » θ_eff est directement lié à θ_W) est présenté sur la figure ci-dessous, avec les mesures précédentes et avec la prédiction SM. La nouvelle mesure CMS a une précision comparable à celle des expériences LEP et concorde très bien avec la prédiction SM.

 

Avec cette nouvelle mesure de sin²θ_eff, la collaboration CMS montre que la physique de précision du boson Z peut également être réalisée au LHC. Il s’agit d’une étape fondamentale vers le LHC à haute luminosité (HL-LHC), le prochain chapitre de la saga LHC : après une mise à niveau du complexe d’accélérateurs et des détecteurs, les expériences LHC entreront dans leur propre fonctionnement en mode usine, collectant de grandes quantités de données pour effectuer des mesures de haute précision. Il est gratifiant de savoir que des résultats comme celui-ci seront également possibles même dans les conditions difficiles du HL-LHC.

 

contact : Andrew Gilbert